总结传感器题目doc.docx

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总结传感器题目

3.为什么电感式传感器一般都采用差动形式?

答：

差动变压器式传感器的特性几乎完全是线性的，其灵敏度不仅答：

差动变压器式传感器的特性几乎完全是线性的，其灵敏度不仅取决于磁系统的结构参数，同时取决于初级线圈、次级线圈的匝数比取决于磁系统的结构参数，同时取决于初级线圈、次级线圈的匝数比及励磁电源电压的大小。

可以通过改变匝数比及提高电源电压的办法及励磁电源电压的大小。

可以通过改变匝数比及提高电源电压的办法来提高灵敏度。

来提高灵敏度。

4.交流电桥的平衡条件是什么？

答：

相对桥臂阻抗模之积相等，相对桥臂阻抗幅角之和相等。

答：

相对桥臂阻抗模之积相等，相对桥臂阻抗幅角之和相等。

9．下图为变极距型平板电容传感器的一种测量电路，其中CX为传感器电容，C为固定电容，假设运放增益A=∞，输入阻抗Z=∞；试推导输出电压U0与极板间距的关系，并分析其工作特点。

6．某电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径r=4（mm），工作初始极板间距离δ0=0.3mm，介质为空气。

问：

如果极板间距离变化量Δδ=±1（μm），电容的变化量ΔC是多少？

1.什么是应变效应？

试说明金属应变片与半导体应变片的相同和不同之处。

答：

电阻应变效应是指金属导体（电阻丝）答：

电阻应变效应是指金属导体（电阻丝）的电阻值随便行（伸长或的电阻值随便行（伸长或缩短）而发生改变的一种物理现象；缩短）而发生改变的一种物理现象；金属丝式电阻应变片与半导体式应变片的主要区别在于：

前者是利用金属丝式电阻应变片与半导体式应变片的主要区别在于：

前者是利用金属导体形变引起电阻的变化，后者则是利用半导体电阻率变化引起金属导体形变引起电阻的变化，后者则是利用半导体电阻率变化引起电阻的变化。

电阻的变化。

2．属于传感器动态特性指标的是（d）A．重复性B．线性度C．灵敏度D．固有频率5．利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（c）A．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片24．交流电桥各桥臂的复阻抗分别为Z1，Z2，Z3，Z4，各阻抗的相位角分别为ϕ1ϕ2ϕ3ϕ4，若电桥平衡条件为Z1/Z4=Z2/Z3，那么相位平衡条件应为。

25．简述压电式传感器分别与电压放大器和电荷放大器相连时各自的特点。

25．传感器与电压放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电压成正比,但容易受电缆电容的影响。

传感器与电荷放大器连接的电路,其输出电压与压电元件的输出电荷成正比,电缆电容的影响小。

32．一热敏电阻在0℃和100℃时，电阻值分别为200kΩ和10kΩ。

试计算该热敏电阻在20℃时的电阻值。

3.在电阻应变片公式，dR/R=（1+2μ）ε+λEε中，λ代表_______。

9.热电偶电动势由_______电动势和接触电动势两部分组成。

12.采用_______电源供电的电桥称为交流电桥。

2.（）传感器可用于医疗上-50℃～150℃之间的温度测量。

A.金属辐射式B.热电偶C.半导体三极管D.比色计12.将电阻应变片贴在（）上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。

A.质量块B.导体C.弹性元件D.机器组件1.通常传感器由＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿部分组成，是能把外界＿＿＿＿＿＿＿＿转换成＿＿＿＿＿＿＿＿器件和装置。

2.金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称＿＿＿＿＿＿效应；固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称＿＿＿＿＿效应。

直线的电阻丝绕成敏感栅后长度相同但应变不同，圆弧部分使灵敏度K下降了，这种现象称为＿＿＿＿＿＿＿效应。

3.差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上差动变压器输出电压不为零，我们把这个不为零的电压称为＿＿＿＿＿＿＿＿电压；利用差动变压器测量位移时如果要求区别位移方向（或正负）可采用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿电路。

4.把一导体（或半导体）两端通以控制电流I，在垂直方向施加磁场B，在另外两侧会产生一个与控制电流和磁场成比例的电动势，这种现象称＿＿＿＿＿＿＿＿效应，这个电动势称为＿＿＿＿＿＿＿电势。

外加磁场使半导体（导体）的电阻值随磁场变化的现象成＿＿＿＿＿＿＿＿效应。

5.某些电介质当沿一定方向对其施力而变形时内部产生极化现象，同时在它的表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后又恢复不带电的状态，这种现象称为＿＿＿＿＿＿＿效应；在介质极化方向施加电场时电介质会产生形变，这种效应又称＿＿＿＿＿＿＿＿效应。

6.在光线作用下电子逸出物体表面向外发射称＿＿＿＿＿＿＿＿效应；入射光强改变物质导电率的现象称＿＿＿＿＿＿＿＿效应；半导体材料吸收光能后在PN结上产生电动式的效应称＿＿＿＿＿＿＿＿效应。

7、块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内部会产生一圈圈闭合的电流，利用该原理制作的传感器称＿＿＿＿＿＿＿传感器；这种传感器只能测量＿＿＿＿＿＿＿＿物体。

三计算（每题5分，共10分）1、图为一直流应变电桥，E=4V，R1=R2=R3=R4=350Ω，求：

①R1为应变片其余为外接电阻，R1增量为△R1=3.5Ω时输出U0=?

。

②R1、R2是应变片，感受应变极性大小相同，其余为电阻，电压输出U0=?

。

③R1、R2感受应变极性相反,输出U0=?

。

④R1、R2、R3、R4都是应变片,对臂同性，邻臂异性，电压输出U0=?

。

2石英晶体加速计及电荷放大器测量机械振动，已知加速度计灵敏度为5pc/g，电荷放大器灵敏度为50mv/pc，当机器达到最大加速度时的相应输出电压幅值为2V，试求机械的振动加速度（单位g）。

3.图为光电传感器电路，GP—IS01是光电断路器。

分析电路工作原理：

当用物体遮挡光路时晶体三极管VT状态是导通还是截止？

二极管是一个什么器件，在电路中起到什么作用？

如果二极管反相连接晶体管VT状态如何？

解：

①截止；②红外发射管，起控制作用；③截止。

例例1:

如图所示气隙型电感传感器，衔铁断面积如图所示气隙型电感传感器，衔铁断面积S=4××4mm2，气隙总长度，气隙总长度lδδ=0.8mm，衔，衔铁最大位移△铁最大位移△lδδ=0.08mm，激励线圈匝数，激励线圈匝数N=2500匝，导线直径匝，导线直径d=0.06mm，电阻率，电阻率ρρ=1.75××10-6ΩΩ·cm。

当激励电源频率。

当激励电源频率f=4000Hz时，忽略漏磁及铁损。

要求计算：

时，忽略漏磁及铁损。

要求计算：

（1）线圈电感值；线圈电感值；

（2）电感的最大变化量；电感的最大变化量；（3）当线圈外断面积为当线圈外断面积为11X11mm2时求其直流电阻值；时求其直流电阻值；（4）线圈的品质因数线圈的品质因数解：

（解：

（1））（

（2）当衔铁最大位移Δ）当衔铁最大位移Δlδδ=±±0.08mm时，分别计算时，分别计算ΔΔlδδ=+0.08mm时电感时电感L1为为.010*********.010*********）（ΔΔlδδ=－－0.08mm时电感时电感L2为为所以当衔铁最大位移变化±所以当衔铁最大位移变化±0.08mm时相应的电感变化量Δ时相应的电感变化量ΔL=L2－－L1=65mH（（3）线圈直流电阻）线圈直流电阻式中式中lCP为线圈的平均每匝长度。

根据铁心截面积为线圈的平均每匝长度。

根据铁心截面积4××4mm2及线圈外断面及线圈外断面11××11mm2计计算每匝总长度算每匝总长度lCP=4××7.5=30mm。

。

（（4）线圈品质因数）线圈品质因数例例2:

试证明在简单自感式电感传感器测量线路中（试证明在简单自感式电感传感器测量线路中（如图所示），假设忽略铁芯磁阻和电感如图所示），假设忽略铁芯磁阻和电感线圈的电阻，则测量电路中的电流线圈的电阻，则测量电路中的电流I与气隙大小与气隙大小d成正比关系。

成正比关系。

证明：

设线圈中的电流为证明：

设线圈中的电流为I，气隙磁阻为，气隙磁阻为Rg，铁芯磁阻为，铁芯磁阻为RF，线圈电阻为，线圈电阻为R，气隙长度，气隙长度为为d，气隙截面积为，气隙截面积为S，气隙磁导率为，气隙磁导率为μμ0。

。

根据电感的定义，一个根据电感的定义，一个N匝线圈的自感量匝线圈的自感量L为：

为：

在电流在电流I的作用下产生的磁通量Φ为：

的作用下产生的磁通量Φ为：

忽略铁芯磁阻，则磁通量Φ为：

忽略铁芯磁阻，则磁通量Φ为：

将（将

（2）式代入（）式代入

（1）式）式由于由于将（将（4）式代入（）式代入（3）式，得）式，得电路中电流电路中电流I为：

为：

忽略线圈电阻时有忽略线圈电阻时有.010*********）－（－464）1006.0（325001075.1442162－dNlRCPe5.8464101574000223eeRfLRLQAUI）1（INLFgRRNIRNI）2（gRNIRNI）3（12ggRNRNIINL）4（20SdRg）5（202dSNLRLjUIe）6（LjUIe将（将（5）式代入（）式代入（6）式可得）式可得由由上式可知测量电路中的电流上式可知测量电路中的电流I与气隙大小与气隙大小d成正比。

成正比。

例：

例：

已知：

差动式电容传感器的初始电容已知：

差动式电容传感器的初始电容C1=C2=100pF，交流信号源电压有效值，交流信号源电压有效值U=6V，，频率频率f=100kHz。

求：

。

求：

（1）在满足有最高输出电压灵敏度条件下设计交流不平衡电桥电路，并画出电路原理图；在满足有最高输出电压灵敏度条件下设计交流不平衡电桥电路，并画出电路原理图；

（2）计算另外两个桥臂的匹配阻抗值；计算另外两个桥臂的匹配阻抗值；（3）当传感器电容变化量为±当传感器电容变化量为±10pF时，求桥路输出电压。

时，求桥路输出电压。

解：

解：

（1）根据交流电桥电压灵敏度曲线可知，当桥臂比根据交流电桥电压灵敏度曲线可知，当桥臂比A的模的模αα=1，相角，相角θθ=90o时，桥路输时，桥路输出电压灵敏度系数有最大值出电压灵敏度系数有最大值km=0.5，按此设计的交流，按此设计的交流不平衡电桥如图所示。

不平衡电桥如图所示。

例例1：

：

有一压电晶体，其面积有一压电晶体，其面积S=3cm2，厚度，厚度t=0.3mm，在零度，，在零度，x切型纵向石英晶体压切型纵向石英晶体压电系数电系数d11=2.31××10-12C/N。

求受到压力。

求受到压力p=10MPa作用时产生的电荷作用时产生的电荷q及输出电压及输出电压U0。

。

解：

受力解：

受力F作用后，石英晶体产生电荷量为作用后，石英晶体产生电荷量为q=d11××F=d11××p××S代入数据得代入数据得q=2.31××10-12××10××106××3××10-4晶体的电容量晶体的电容量C=εε0εεrS/t式中ε式中ε0真空介电常数，ε真空介电常数，ε0=8.85××10-12F／／m；ε；εr石英晶体相对介电常数ε石英晶体相对介电常数εr=4.5。

。

则则则输出电压则输出电压2．把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据变压器的基本原理制成的，其次级绕组都用同名端反向形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。

eeUSNjddSNjUI020222FC1134121098.3103.01035.41085.8VCqU1741098.31093.61193．闭磁路变隙式电感传感器工作时，衔铁与被测物体连接。

当被测物体移动时，引起磁路中气隙尺寸发生相对变化，从而导致圈磁阻的变化。

4．当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的（B,D）。

A．灵敏度增加B．灵敏度减小C．非统性误差增加D．非线性误差减小简述霍尔电动势产生的原理简述霍尔电动势产生的原理BBACACAD有源量程差动铂四、热电偶参考电极定律有何实际意义？

13、以下四种传感器中，属于四端元件的是。

A、霍尔元件B、压电晶体C、应变片D、热敏电阻10、热电阻主要是利用电阻随温度升高而这一特性来测量温度的。

5、在压电晶片的机械轴上施加力,其电荷产生在。

3.涡流传感器的线圈与被测物体的距离减小时，互感系数M将________。

4.半导体应变片以压阻效应为主，它的灵敏度系数为金属应变片的________倍。

5.测量准静态力信号时，要求电荷放大器的输入阻抗________1012（Ω）。

1．用石英晶体制作的压电式传感器中，晶面上产生的电荷与作用在晶面上的压强成正比，而与晶片几何尺寸和面积无关。

3．间导体定律．0AB0ABAB0ABC,,TTETETETTE由导体A、B组成的热电偶，当插入第三种导体时，只要该导体两端的温度相同，插入导体C后对回路总的热电势无影响。

ABCABT0T0TT0C123测量仪表电桥电路灵敏度和非线性误差的特点1.什么是应变效应？

试说明金属应变片与半导体应变片的相同和不同之处。

2.如图所示为等强度梁测力系统，R1为电阻应变片，应变片灵敏度系数k=2.05，未受应变时R1=120Ω，当试件受力F时，应变片承受平均应变ε=8×10−4，求

（1）应变片电阻变化量ΔR1和电阻相对变化量ΔR1/R1。

（2）将电阻应变片置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V，求电桥输出电压是多少。

5.单臂电桥存在非线性误差，试说明解决方法。

6.为什么电感式传感器一般都采用差动形式?

7.交流电桥的平衡条件是什么？

6．某电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径r=4（mm），工作初始极板间距离δ0=0.3mm，介质为空气。

问：

如果极板间距离变化量Δδ=±1（μm），电容的变化量ΔC是多少？

7．寄生电容与电容传感器相关联影响传感器的灵敏度，它的变化影响传感器的精度。

试阐述消除和减小寄生电容影响的几种方法和原理。

8．电容式传感器输出端测量电路的作用是什么？

9．下图为变极距型平板电容传感器的一种测量电路，其中CX为传感器电容，C为固定电容，假设运放增益A=∞，输入阻抗Z=∞；试推导输出电压U0与极板间距的关系，并分析其工作特点。